(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムにおいて、不活性ガスを用いることにより、燃料電池に滞留した水滴の除去を容易に実施し、かつ燃料電池の不活性化を実現するシステムを提供する。【解決手段】燃料電池１と、改質ガス供給ライン２ａと、改質ガス排出ライン２ｄと、空気供給ライン３ａと、空気排出ライン３ｃを備えた燃料電池システムにおいて、アノード入口電磁弁２ｂとアノード出口電磁弁２ｃと、カソード入口電磁弁３ｂとカソード出口電磁弁３ｃと、加圧した不活性ガスを燃料電池に供給するライン４ａと、不活性ガスのアノード極への供給を制御する不活性ガス供給電磁弁４ｃを設け、アノード極に改質ガスを供給する前に、不活性ガスをアノード極に供給することによりアノード極内に滞留している水滴を改質ガス排出ラインに排出し、次に供給する改質ガスの流れを滞留した水滴が阻害しないようにすることを特徴とした燃料電池システム。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池と、改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインを備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池に改質ガスを供給する前に、不活性ガスを前記燃料電池に供給する燃料電池システム。
【請求項２】
空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池と、改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインを備えた燃料電池システムにおいて、
前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、
前記不活性ガス供給ラインに設けられる不活性ガス供給電磁弁とを備え、
前記アノード入口電磁弁又は前記不活性ガス供給電磁弁の一方を開状態としたときに他方を閉状態とするように前記アノード入口電磁弁又は前記不活性ガス供給電磁弁の開閉が制御される燃料電池システム。
【請求項３】
空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池と、改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインを備えた燃料電池システムにおいて、
前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
前記空気供給ラインに設けられるカソード入口電磁弁及び前記空気排出ラインに設けられるカソード出口電磁弁と、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、
前記不活性ガス供給ラインに設けられ、前記空気供給ラインによって前記燃料電池に供給される空気とほぼ等しい圧力で不活性ガスを供給する不活性ガス供給電磁弁と、
前記アノード入口電磁弁、前記アノード出口電磁弁、前記カソード入口電磁弁、前記カソード出口電磁弁、及び前記不活性ガス供給電磁弁の開閉を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記燃料電池に改質ガスを供給する前に、前記不活性ガス供給電磁弁と前記カソード入口電磁弁とを開状態とするよう制御する燃料電池システム。
【請求項４】
空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池と、改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインを備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の正極と負極との間に備えられる抵抗と、
前記抵抗を入り切りするスイッチと、
前記スイッチ及び前記改質ガス供給ラインに供給される改質ガスの供給を制御する制御部とを備え、
前記制御部は改質ガスの供給を停止した後に前記スイッチを制御して前記正極と前記負極との間に抵抗を接続することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池に改質ガスを供給する前に、不活性ガスを前記燃料電池に供給する燃料電池システムの運転方法。
【請求項６】
空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、
改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、
空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインと、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、前記不活性ガス供給ラインに設けられる不活性ガス供給電磁弁と、
前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
前記不活性ガス供給電磁弁、前記アノード入口電磁弁および前記アノード出口電磁弁の開閉を制御する制御部とを備え、
前記不活性ガス供給電磁弁を開状態として前記不活性ガス供給ラインから不活性ガスを前記燃料電池へと供給して前記燃料電池内の凝縮水を排出させ、
前記不活性ガス供給電磁弁を閉状態として不活性ガスの前記燃料電池への供給を停止した後、
前記アノード入口電磁弁を開状態として前記改質ガス供給ラインから改質ガスを前記燃料電池へと供給して発電を行うことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、
改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、
空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインと、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、前記不活性ガス供給ラインに設けられる不活性ガス供給電磁弁と、
前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
前記不活性ガス供給電磁弁、前記アノード入口電磁弁および前記アノード出口電磁弁の開閉を制御する制御部とを備え、
前記改質ガス供給ラインから改質ガスを前記燃料電池へと供給して発電を行い、
前記制御部からの発電停止指令によって前記アノード入口電磁弁を閉状態として改質ガスの供給を停止した後、
前記不活性ガス入口電磁弁を開状態として前記燃料電池内の凝縮水を排出することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
前記燃料電池システムは、さらに前記空気供給ラインに設けられるカソード入口電磁弁及び前記空気排出ラインに設けられるカソード出口電磁弁を備え、
前記不活性ガス供給電磁弁を開状態として前記不活性ガス供給ラインから不活性ガスを前記燃料電池へと供給して前記燃料電池内の凝縮水を排出させるときに前記カソード入口電磁弁及び前記カソード出口電磁弁を開状態とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
前記燃料電池システムは、さらに前記燃料電池の正極と負極との間に備えられる抵抗と、
前記抵抗を入り切りするスイッチと、前記スイッチ及び前記改質ガス供給ラインに供給される改質ガスの供給を制御する制御部とを備え、
前記制御部からの発電停止指令によって前記アノード入口電磁弁を閉状態として改質ガスの供給を停止した後、
前記スイッチを制御して前記正極と前記負極との間に抵抗を接続することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池の起動や停止を安定に実施する燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形の燃料電池は、MEAと呼ばれる高分子膜と触媒層からなる膜・電極接合体をガス供給溝を備えたセパレータで挟んだセルを積層して電池スタックを構成し、これを燃料電池としている。
【０００３】
ここで前記高分子膜は、乾燥すると電解質としての機能を失うという性質を有しているので、その性質を発揮させるためには湿潤に保持する必要がある。このため、燃料電池に供給する改質ガスおよび空気は加湿して供給し、高分子膜を湿潤に保持する。
【０００４】
しかし、燃料電池は、電池スタック内部の水素と酸素の反応に伴い生成水が生じる。このため、加湿した改質ガスや空気の水分に加え、セパレータのガス供給路に凝縮水や生成水が水滴となって滞留する。水滴の滞留が生じるとガス供給路が閉塞されて改質ガスや空気が流れにくくなり、流量が不足し燃料電池に損傷を与える可能性がある。
【０００５】
従来技術として特許文献１に記載の方法が知られている。本方法では燃料電池を複数の電池スタックより構成し、所望の出力に対応して各電池スタックを全負荷運転状態と発電停止状態のいずれかに分け、全負荷運転状態に選定した電池スタックには定格流量の改質ガスと空気を供給することにより、水滴の滞留が生じにくくしている。
【０００６】
また、特許文献２には、電池スタックで反応後の排ガスを燃料ガス流路に導入するエゼクタを備えた燃料電池システムが開示されている。この例では、電池スタックの起動時にエゼクタに不活性ガスとして窒素を供給してガス循環を開始させるように構成している。
【０００７】
【特許文献１】特開2002-334711号公報
【０００８】
【特許文献２】特開2002-260698号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１に示す従来技術では、まず第一に、電池スタックを分けて、かつ改質ガスと空気の供給ラインを設けそれぞれに電磁弁を設けるなど構成が複雑になり、システムが大型化することが問題となる。また、第二に、電磁弁を駆動するための駆動電力も必要となるという問題がある。さらに、第三に、発電停止中に燃料電池温度が下がって生じた凝縮水の滞留が問題となる。第四には、発電停止中に燃料電池の温度が高いときに、アノード極に空気が漏れ込んだりすると、スタック内部に残留した水素と燃焼反応して電池にダメージを与えることが問題となる。
【００１０】
一方、特許文献２に示す従来技術は、排ガスの循環利用の際に生じ得る電力浪費や騒音を防止したものではあるが、上述の問題について考慮したものではない。
【００１１】
本発明は上に示した四つの問題のいずれかを解決すべくなされたものであり、燃料電池内に滞留した水滴を除去し、燃料電池の不活性化を実現する燃料電池システム及び燃料電池の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を解決するために、空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池と、改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインを備えた燃料電池システムにおいて、本発明では、第一に、前記燃料電池に改質ガスを供給する前に、不活性ガスを前記燃料電池に供給する構成とした。
【００１３】
第二に、前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、
前記不活性ガス供給ラインに設けられる不活性ガス供給電磁弁とを備え、
前記アノード入口電磁弁又は前記不活性ガス供給電磁弁の一方を開状態としたときに他方を閉状態とするように前記アノード入口電磁弁又は前記不活性ガス供給電磁弁の開閉が制御される構成とした。
【００１４】
第三に、
前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
前記空気供給ラインに設けられるカソード入口電磁弁及び前記空気排出ラインに設けられるカソード出口電磁弁と、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、
前記不活性ガス供給ラインに設けられ、前記空気供給ラインによって前記燃料電池に供給される空気とほぼ等しい圧力で不活性ガスを供給する不活性ガス供給電磁弁と、
前記アノード入口電磁弁、前記アノード出口電磁弁、前記カソード入口電磁弁、前記カソード出口電磁弁、及び前記不活性ガス供給電磁弁の開閉を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記燃料電池に改質ガスを供給する前に、前記不活性ガス供給電磁弁と前記カソード入口電磁弁とを開状態とするよう制御する構成とした。
【００１５】
第四に、前記燃料電池の正極と負極との間に備えられる抵抗と、
前記抵抗を入り切りするスイッチと、
前記スイッチ及び前記改質ガス供給ラインに供給される改質ガスの供給を制御する制御部とを備え、
前記制御部は改質ガスの供給を停止した後に前記スイッチを制御して前記正極と前記負極との間に抵抗を接続する構成とした。
【００１６】
第五に、空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池に改質ガスを供給する前に、不活性ガスを前記燃料電池に供給することを特徴とする。
【００１７】
第六に、空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、
改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、
空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインと、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、前記不活性ガス供給ラインに設けられる不活性ガス供給電磁弁と、
前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
前記不活性ガス供給電磁弁、前記アノード入口電磁弁および前記アノード出口電磁弁の開閉を制御する制御部とを備え、
前記不活性ガス供給電磁弁を開状態として前記不活性ガス供給ラインから不活性ガスを前記燃料電池へと供給して前記燃料電池内の凝縮水を排出させ、
前記不活性ガス供給電磁弁を閉状態として不活性ガスの前記燃料電池への供給を停止した後、
前記アノード入口電磁弁を開状態として前記改質ガス供給ラインから改質ガスを前記燃料電池へと供給して発電を行うことを特徴とする。
【００１８】
第七に、空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムは、
改質ガスを前記燃料電池に供給する改質ガス供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の改質ガスを排出する改質ガス排出ラインと、
空気を前記燃料電池に供給する空気供給ラインと、
前記燃料電池を通過後の空気を排出する空気排出ラインと、
不活性ガスを前記燃料電池のアノード極に供給する不活性ガス供給ラインと、前記不活性ガス供給ラインに設けられる不活性ガス供給電磁弁と、
前記改質ガス供給ラインに設けられるアノード入口電磁弁及び前記改質ガス排出ラインに設けられるアノード出口電磁弁と、
前記不活性ガス供給電磁弁、前記アノード入口電磁弁および前記アノード出口電磁弁の開閉を制御する制御部とを備え、
前記改質ガス供給ラインから改質ガスを前記燃料電池へと供給して発電を行い、
前記制御部からの発電停止指令によって前記アノード入口電磁弁を閉状態として改質ガスの供給を停止した後、
前記不活性ガス入口電磁弁を開状態として前記燃料電池内の凝縮水を排出することを特徴とする。
【００１９】
第八に、上記の第六又は第七の特徴を有する燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池システムは、さらに前記空気供給ラインに設けられるカソード入口電磁弁及び前記空気排出ラインに設けられるカソード出口電磁弁を備え、
前記不活性ガス供給電磁弁を開状態として前記不活性ガス供給ラインから不活性ガスを前記燃料電池へと供給して前記燃料電池内の凝縮水を排出させるときに前記カソード入口電磁弁及び前記カソード出口電磁弁を開状態とすることを特徴とする。
【００２０】
第九に、上記の第七の特徴を有する燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池システムは、さらに前記燃料電池の正極と負極との間に備えられる抵抗と、
前記抵抗を入り切りするスイッチと、前記スイッチ及び前記改質ガス供給ラインに供給される改質ガスの供給を制御する制御部とを備え、
前記制御部からの発電停止指令によって前記アノード入口電磁弁を閉状態として改質ガスの供給を停止した後、
前記スイッチを制御して前記正極と前記負極との間に抵抗を接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、燃料電池内に滞留した水滴を除去し、燃料電池の不活性化を実現する燃料電池システム及び燃料電池の運転方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の燃料電池の構成を示す系統図である。燃料電池１は、空気と改質ガスの供給を受けて改質ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電するものであり、本例では、固体高分子形の燃料電池として高分子膜と触媒層からなる膜・電極接合体をガス供給溝を備えたセパレータで挟んだセルを積層して電池スタックを構成して燃料電池としている。図１において燃料電池システムは、燃料電池１に改質ガス、空気、高圧の不活性ガスが供給されるものであり、改質ガスは改質ガス供給ライン２ａを通り燃料電池１のアノード側に送給され改質ガス排出ライン２ｄから排出される。空気は空気供給ライン３ａを通り燃料電池１のカソード側に送給され空気排出ライン３ｄから排出される。
【００２４】
改質ガス供給ライン２ａにはアノード入口電磁弁２ｂ、改質ガス排出ライン２ｄにはアノード出口電磁弁２ｃが配置され、これらの電磁弁２ｂ、２ｃは図示しない制御部に接続されて改質ガスの供給が制御される。
【００２５】
不活性ガスは不活性ガス供給ライン４ａを通り、改質ガス供給ライン２ａに送給され、燃料電池１に送給される。また不活性ガス供給ライン４ａには不活性ガス減圧弁４ｂと不活性ガス入口電磁弁４ｃが配置される。この不活性ガス入口電磁弁４ｃは図示しない制御部に接続され、不活性ガスの供給が制御される。
【００２６】
不活性ガスは図示しないボンベが不活性ガス供給ライン４ａに接続されることによって供給され、数MPaのボンベの一次圧に対して、減圧弁４ｂによって所望の圧力に調整されて燃料電池１へと供給される。この圧力は燃料電池１のスタックの膜の耐久度やカソードガスである空気の圧力との関係によって定められる。本例では、数kPa程度のオーダーとなるように弁が制御される。カソード側である空気供給ラインの圧力との差圧を小さくするために、さらにニードル弁を備える構成としてもよい。
【００２７】
このような構成とすることによって、ボンベの残量によって一次圧が下がった場合であっても燃料電池スタックへ供給される不活性ガスの圧力をほぼ5kPaに保つことができる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態として、発電を開始する直前、すなわち改質ガスを燃料電池１に供給する前の動作について説明する。図示しない制御部によって、改質ガス入口電磁弁２ｂを制御して弁を閉状態とし、不活性ガス入口電磁弁４ｃおよびアノード出口電磁弁２ｃを制御し、両電磁弁を開状態とする。これにより不活性ガスを燃料電池に供給し、燃料電池のアノード極のセパレータガス供給ラインに滞留した凝縮水などの水滴をアノード極から排出する。このように制御することによって、水滴の滞留が生じるとガス供給路が閉塞されて次に供給される改質ガスが流れにくくなり、流量が不足し燃料電池に損傷を与えることを防止する。
【００２９】
なお、不活性ガスの供給を複数回に分けて行うように燃料電池システムを運転してもよい。
【００３０】
例えば、燃料電池システムの起動すると、不活性ガス入口電磁弁４ｃおよびアノード出口電磁弁２ｃを制御して両電磁弁を開状態として燃料電池１に対して不活性ガスを供給する。これによって停止中の凝縮水を排出させる。その後、燃料電池１を発電に適した温度（本例では70℃程度）に昇温する。昇温後に、不活性ガス入口電磁弁４ｃおよびアノード出口電磁弁２ｃを開状態として不活性ガスを燃料電池１に対して供給するように運転する。このとき、アノード入口電磁弁２ｃは閉状態である。
【００３１】
燃料電池１の昇温に際しては、燃料電池の図示しない温度調節部に70℃程度の暖かい水とカソード側に空気を循環させる。この温度調節部の目的は、燃料電池１を運転に適した温度に調節することであり、発電時においては燃料電池１が発熱するため、その熱をとり、燃料電池１の温度を運転最適温度に維持することである。
【００３２】
発電前に燃料電池１を昇温する際には、カソード側からアノード側に水が染み入ってしまう場合がある。そこで、不活性ガス入口電磁弁４ｃおよびアノード出口電磁弁２ｃを開状態として燃料電池１に対して不活性ガスを供給することが有効である。
【００３３】
なお、不活性ガスを供給する時間は、燃料電池１内の水分を排出するに十分な時間であればよく、本例では、2分間を2回行っている。
【００３４】
不活性ガスを所定時間供給した後、不活性ガス供給電磁弁４ｃを閉状態としアノード入口電磁弁２ｂを開状態として、アノード極に改質ガスを供給して発電を行う。
【実施例２】
【００３５】
第２の実施形態を図２に示す。上記の実施例１と共通する構成については説明を省略する。本例では、空気供給ライン３ａにはカソード入口電磁弁３ｂ、空気排出ライン３ｄには空気出口電磁弁３ｃが配置され、両電磁弁３ｂおよび３ｃは図示しない制御部に接続され、空気の供給を制御する。
【００３６】
本例でも実施例１の場合と同様に不活性ガスを燃料電池１に供給する。この際、カソード入口電磁弁３ｂおよび空気出口電磁弁３ｃを開にし、カソード極に空気を供給し、カソード極に滞留した凝縮水や生成水などの水滴をカソード極から排出する。水滴の滞留が生じると空気供給路が閉塞されて空気が流れにくくなり、流量が不足し燃料電池に損傷を与えることを防止する。さらにアノード極とカソード極がほぼ同一の圧力になるように空気の流量または不活性ガスの流量を制御することにより、燃料電池を構成する高分子膜に差圧による負担がかからないようにできる。
【００３７】
このとき、空気の流量は図示しない空気ポンプによって調整され、その空気の圧力に不活性ガスの圧力を合わせることによってほぼ同一の圧力としている。この空気ポンプは通常運転の発電時においても使用されるため、不活性ガスと空気の圧力はそれぞれ通常の運転である発電時の圧力に近い値となる。
【００３８】
このように通常運転時にも使用される空気ポンプを使用することによって、特別の構成を必要とせずに不活性ガスとともに空気を供給することができる。
【実施例３】
【００３９】
第３の実施形態について説明する。上述の実施例１または実施例２において、発電停止後にも、不活性ガスをアノード極に供給するようにアノード入口電磁弁２ｂ、不活性ガス入口電磁弁４ｃ及びアノード出口電磁弁２ｃを制御する。ここで発電停止とは、外部スイッチによって発電停止指令が外部から入力された場合、あるいは燃料電池によって電力が供給される負荷（例えば家庭内負荷）又は貯湯タンクの状況をモニターする図示しない負荷監視部によって発電する必要がないと判断された場合のことを示す。なお、貯湯タンクには、アノード排ガスやカソード排ガス冷却水等と熱交換を行った排熱回収水が貯められる。
【００４０】
すなわち、外部スイッチによって発電停止指令が入力されると、この発電停止指令は外部スイッチに接続される制御部に伝達され、制御部は燃料電池の各部に対して発電停止指令を送信する。その後、制御部は、不活性ガスをアノード極に供給するようにアノード入口電磁弁２ｂ及び不活性ガス入口電磁弁４ｃを制御する。
【００４１】
発電停止指令によって、アノード入口電磁弁２ｂは閉状態となるように制御され、また、不活性ガス入口電磁弁４ｃは開状態となるように制御され、不活性ガスをアノード極に供給する。
【００４２】
本例の運転方法によって、発電停止時において滞留している水滴をアノード極から排出するだけでなく、燃料電池の不活性化も実施することができる。
【００４３】
なお、燃料電池の不活性化とは、発電停止後にアノード極に残った水素を除去することであり、万が一アノード極に空気が漏れ込んだりした場合であっても水素と酸素の燃焼反応を防ぎ、電池にダメージを与えることを防止することができる。
【００４４】
さらに、アノード極に不活性ガスを供給する際に、カソード入口電磁弁３ｂおよび空気出口電磁弁３ｃを開にし、カソード極に空気を供給してもよい。アノード極とカソード極がほぼ同一の圧力になるように空気の流量または不活性ガスの流量を制御することにより、燃料電池を構成する高分子膜に差圧による負担がかからないようにできる。
【実施例４】
【００４５】
第４の実施形態を図３に示す。本例は、実施例１から実施例３において、燃料電池の正極１ａと負極１ｂとの間に抵抗１ｄと、前記抵抗１ｄを入り切りするスイッチ１ｃを備える構成としたものである。本例では、アノード入口電磁弁３ａを閉止し発電停止した後、図示しない制御部によって直ちにスイッチ１ｃを閉じるように制御し、抵抗１ｄを燃料電池の両極に接続することによってアノード極に残った水素を消費して燃料電池の不活性化を促進することができる。
【００４６】
ここで、抵抗１ｄを燃料電池の両極に接続する時間について説明する。この接続時間が短すぎると水素は十分に消費されずにアノード極に残留してしまい、また一方で、接続時間が長すぎると、水素の無い状態で抵抗１ｄ分の発電が行われ燃料電池にいわゆる転極が生じることとなり、燃料電池の劣化に繋がる場合がある。すなわち、燃料電池の各セルは、図４に示すようにセル（単電池）を直列に結んだ構造となっているが、このセルには多少の性能差があるため、抵抗１ｄを接続している間の電圧の落ちかたも各セルによって多少異なることとなる。抵抗１ｄを接続することによって、アノード極に残留した水素を消費しながら各セルの電圧は低下していくこととなる。しかし、上述のように各セルによって電圧の低下度合いが多少異なるために、0Vとなった一つのセルがあると、他のセルの電圧が0Vとなっていない場合には、当該一つのセルは転極してしまうこととなる。そこで、燃料電池の各セル電圧が0.3V以下になるような一定時間接続し、アノード極に残った水素を消費し、燃料電池の不活性化を促進することとした。
【００４７】
このように、多少の性能差があっても、性能の最も劣るセルでも転極しない電圧としてセル電圧0.3V以下と定め、この0.3V以下となるような時間、抵抗を接続して燃料電池の不活性化を促進する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態の燃料電池システムの構成を示す系統図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の燃料電池システムの構成を示す系統図である。
【図３】本発明の第４の実施形態の燃料電池システムの構成を示す系統図である。
【図４】燃料電池スタックに抵抗を接続した構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…燃料電池、１ａ…正極、１ｂ…負極、１ｃ…スイッチ、１ｄ…抵抗、２ａ…改質ガス供給ライン、２ｂ…アノード入口電磁弁、２ｃ…アノード出口電磁弁、２ｄ…改質ガス排出ライン、３ａ…空気供給ライン、３ｂ…カソード入口電磁弁、３ｃ…カソード出口電磁弁、３ｄ…空気排出ライン、４ａ…不活性ガス供給ライン、４ｂ…不活性ガス減圧弁、４ｃ…不活性ガス入口電磁弁４ｃ。
【図１】
2005135662.tif 000003
【図２】
2005135662.tif 000004
【図３】
2005135662.tif 000005
【図４】
2005135662.tif 000006